我们从底部开始,称这个位置为0米。由于我们离地面比较近,所以很容易计算。我们的海拔高度约为-273.15米。
因为我们就像生活在大象表面的蚂蚁,无法挣脱大象的束缚,永远无法跨过-273.15米的门槛,到达地面。
我们爬上去,通常只能爬到几千米,但我们仍然要扔石头(相当于粒子对撞机)。
我们将石头扔到10 的12 米次方的高度。然而,我们意识到大象太高了,我们无法做到。我们只能依靠有限的观测来猜测大象的顶部可能高达1.4X1032米。
如果这个高度是真的,那么大象的高度将是我们能到达扔石头的高度的10的20次方,也就是一亿倍。
对于我们来说,大象的高度是如此不可思议。
所以,我们认为的高低只是因为我们生活在大象脚下。
如果存在一种在大爆炸之初就活跃的“原始生命”,那么它的活动温度将是K的10次方30次方。
这些原始生物将温度定义为0度,他们自然会认为10的30次方K相当于0度,就像我们将水的三相点温度定为0一样。
太初生命发现,当物质内部粒子运动加剧时,温度就会升高;当物质内部粒子运动加剧时,温度就会升高。当粒子的运动减慢时,温度就会降低。
他们的研究发现,宇宙的高温极限只有100度,而低温极限则达到负数千亿度。
无论是普朗克温度的上限(T=1.4X10 32 K)还是绝对零的下限,人类都无法真正触及。
人类即使非常接近绝对零,也只能无限接近而无法真正达到。
大多数物质的固、液、气三相温度都在几千度以下,超过这个温度就会转变成等离子态。
我们赖以生存的水的三相点温度仅为273.16K。
这限制了我们的知识范围,主要局限于这个温度范围。
而这个范围与整个宇宙10K的32次方的温度变化范围相比,无疑是极其“寒冷”的。
空间总是充满能量和热量,它们不断地相互转化,保持守恒,永不消散。因此,除非空间中一开始就不存在能量或热量,否则真正的绝对零是不存在的。在这样的空间中,所有物质粒子的振动都停止,整体体积缩小为零。
绝对零虽然遥不可及,但可以无限接近。那么,当我们接近绝对零时会发生什么?当接近绝对零时,量子态是什么样的?
在极低的温度下,粒子的物质波长变得非常长,粒子之间物质波的重叠度非常高,量子效应变得特别显着。
爱因斯坦曾推测,当玻色子被冷却到极低的温度时,它们会“下沉”到最低能量的量子态,形成一种全新的物质相,称为玻色-爱因斯坦凝聚态。
玻色-爱因斯坦凝聚是指玻色子原子在接近绝对零的冷却过程中表现出的一种特殊的气态超流体物质状态。
1995年,麻省理工学院的Wolfgang Ketterley以及科罗拉多大学博尔德分校的Eric Cornell和Carl Wieman首次在超低温环境下利用气态铷原子实现了Bose。 -爱因斯坦凝聚。在这种状态下,几乎所有原子都聚集到能量最低的量子态,形成宏观量子态。
因此,当所有原子都集中在同一量子态时,这种状态称为玻色凝聚或玻色-爱因斯坦凝聚。在这种情况下,当达到绝对零时,粒子的物质波达到无穷大,波动性消失,所有粒子的特性逐渐融合为一个整体,微观量子态转变为宏观量子态。
在绝对零处发生的相变称为量子相变,玻色-爱因斯坦凝聚是量子相变的一种表现。
1938 年,Peter Kapitsa、John Allen 和Winter Messena 发现,当氦4 冷却到2.2 K 时,它会转变为一种称为超流体的新流体状态。超流氦表现出许多不寻常的性质,例如零粘度、量子化涡旋等。很快人们就认识到超流体的成因是玻色-爱因斯坦凝聚。
当量子液体的温度降至某个临界转变温度以下时,它就变成超流体。
超流体是一种特殊的物质状态,其显着特性是完全没有粘度。如果将超流体放入环形容器中,由于缺乏摩擦力,它可以连续流动。它可以毫无阻力地流过极细的通道,甚至可以以近乎神奇的方式从碗中向上“滴”。
液态光可以使用玻色-爱因斯坦凝聚超流体产生。一般来说,团聚体的折射率极小,因为它们的密度比普通固体低得多。然而,激光的使用可以改变玻色-爱因斯坦凝聚原子的状态,增加特定频率的折射率,导致光速在凝聚中急剧下降,甚至下降到每秒几米。
旋转的玻色-爱因斯坦凝聚体可以作为黑洞的模型,进入黑洞的光无法逃逸。凝结物还可以“冻结”光,当凝结物解体时,冻结的光就会释放出来。
在量子力学中,粒子分为两大类:玻色子和费米子。当它们接近绝对零时,玻色子会凝聚,费米子会相互排斥。
然而,科学家发现费米子也可以形成凝聚态物质。
费米凝聚体:与玻色-爱因斯坦凝聚体类似,费米凝聚体是由大量占据相同量子态的费米子形成的。由于泡利不相容原理,费米子不能共享相同的量子态,因此不能直接形成玻色-爱因斯坦凝聚。科学家将两个费米子组合成具有玻色子性质的“费米子对”,即库珀对,从而使费米子对凝聚,形成费米凝聚。
至于低温记录:
1926年达到0.71K,1933年达到0.27K,1957年达到0.00002K。
2003年9月12日,实验室用精确的光子撞击原子,使原子动能接近于零,达到仅比绝对零高0.5nk(0.5*10^-9K)的温度。
布默让星云是迄今为止人类已知的宇宙中最冷的区域,温度低至-272。
用户评论
予之欢颜
哇,这个标题太有意思了,一直以为温度只有零上零下,没想到还有千亿度,科学真是深不可测啊。
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君临臣
这温度差也太夸张了吧,从绝对零度到千亿度,感觉宇宙的热度都比不上这个数字。
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念初
我一直好奇这个问题,现在终于知道了,原来温度可以这么高,真是涨知识了。
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铁树不曾开花
千亿度,这得是多强大的能量才能达到啊,感觉我们的太阳都比不上。
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安之若素
标题里的绝对零度让我想起了物理课本,那时候真没想到温度还能有负数。
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莫名的青春
这个标题让我想起了科幻小说里描述的星际旅行,温度跨度真大。
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蔚蓝的天空〃没有我的翅膀
千亿度,这温度得有多热,感觉整个宇宙都在燃烧。
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有你,很幸福
标题里的负273.15度太神奇了,没想到温度还能这么低,太有想象力了。
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花容月貌
科学真是神奇,从绝对零度到千亿度,人类对宇宙的理解又深了一层。
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初阳
这个标题让我想起了量子力学,里面的温度概念真是太复杂了。
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古巷青灯
千亿度,这得是多大的能量释放才能达到这样的温度,太不可思议了。
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日久见人心
标题里的绝对零度让我想起了实验室里的低温设备,那时候真的很冷。
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旧事酒浓
这个标题让我对宇宙有了新的认识,以前总觉得宇宙是冷的,没想到还能这么热。
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泡泡龙
从绝对零度到千亿度,这温差也太夸张了吧,感觉像是两个不同的世界。
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棃海
标题里的负273.15度让我想起了宇宙的起源,那时候的温度一定很低。
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炙年
这个标题让我对科学的探索有了更深的兴趣,原来温度的世界这么丰富多彩。
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空谷幽兰
千亿度,这温度得是多极端的环境,感觉生存都成问题。
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陌上蔷薇
科学真神奇,从绝对零度到千亿度,人类对宇宙的认识越来越深入。
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〆mè村姑
这个标题让我想起了宇宙大爆炸,那时候的温度肯定很高,真不敢想象。
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